脈沖與數(shù)字電路課件(姜書艷 ) ROM與RAM

第七章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器7.1概述LSI在應(yīng)用上分類：專用型，為專門設(shè)備或用途而設(shè)計(jì) 通用型，可用在不同數(shù)字設(shè)備中在制造工藝上分類：雙極型

MOS型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器指能夠存儲(chǔ)大量二值數(shù)據(jù)的半導(dǎo)體器件，按功能可分為：只讀存儲(chǔ)器（READ－ONLYMEMORY，ROM）信息數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期掉電保存于器件之中隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RANDOM－ACCESSMEMORY，RAM）可隨時(shí)讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)、數(shù)據(jù)斷電丟失7.2只讀存儲(chǔ)器（READ－ONLYMEMORY，ROM）各種存儲(chǔ)器中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種。在正常工作時(shí)它存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是固定不變的，只能讀出，不能隨時(shí)寫入，故稱只讀存儲(chǔ)器。分類：使用的器件類型: 二極管ROM

雙極型三極管ROM

MOS管ROM數(shù)據(jù)的寫入方式: 固定ROM：無(wú)法更改，出廠時(shí)已定可編程ROM（PROM）：用戶只可寫入一次可擦可編程ROM（EPROM）：可寫可擦，但費(fèi)時(shí)長(zhǎng)，操作復(fù)雜電抹可編程ROM（E2PROM）ROM電路都包含地址譯碼器、存儲(chǔ)單元矩陣和輸出緩沖器三個(gè)部分：地址譯碼（與陣列）字線存儲(chǔ)矩陣（或陣列）位線輸出緩沖（三態(tài)門控制）

二極管ROMA1A0VCCW0W1W2W3D3D2D1D0D’3D’2D’1D’0存儲(chǔ)矩陣地址譯碼器或陣與陣固定ROM:掩模只讀存儲(chǔ)器

兩位地址輸入:A1，A0；四位數(shù)據(jù)輸出:D3，D2，D1，D0；存儲(chǔ)單元為二極管；存儲(chǔ)容量為4×4位。工作原理：地址譯碼器將地址A1A0譯成W0～W3中的一個(gè)高電平輸出信號(hào)。存儲(chǔ)矩陣實(shí)際上是一個(gè)編碼器，當(dāng)W0～W3輸出高電平信號(hào)，則在D0～D3輸出一個(gè)四位二值代碼。A1A0=10,W2=1,W0=W1=W3=0,只有D2’一根位線與W2之間有二極管，二極管導(dǎo)通，D2’=1,D0’=D1’=D3’=0D3D2D1D0=0100二極管ROM的結(jié)點(diǎn)圖（陣列圖）A1A0W0W1W2W3D3D2D1D0D’3D’2D’1D’0最小項(xiàng)NMOS管存儲(chǔ)矩陣W0W1W2W3D3D2D1D0VDD交叉點(diǎn)處接有MOS管時(shí)相當(dāng)于存1，沒有MOS管時(shí)相當(dāng)于存0。交叉點(diǎn)的數(shù)目稱為存儲(chǔ)單元數(shù)，用4（字?jǐn)?shù)）×4（位數(shù)）表示。固定ROM電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，集成度高，價(jià)格便宜，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)由工廠制造時(shí)固化，數(shù)據(jù)不可改寫用存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù):地址譯碼器輸出全部最小項(xiàng)利用存儲(chǔ)單元的或門輸出構(gòu)成所需組合邏輯的最小項(xiàng)和可編程只讀存儲(chǔ)器

PROM：所有的存儲(chǔ)單元均為0或1，可根據(jù)需要改寫一次存入數(shù)據(jù)（編程）的方法：熔斷法，PN結(jié)擊穿法出廠時(shí)所有存儲(chǔ)單元為1，用戶可寫入0只能寫入一次：令字線為高電平，位線上施加負(fù)高壓脈沖熔絲型PROM的存儲(chǔ)單元PROM管的結(jié)構(gòu)原理圖EPROM：可根據(jù)需要改寫多次，將存儲(chǔ)器原有的信息抹去，再寫入新的信息，允許改寫幾百次方法：利用雪崩擊穿，采用特殊的雪崩注入MOS管或疊柵注入MOS管擦除方式：紫外線照射特點(diǎn)：擦除操作復(fù)雜，速度慢，正常工作時(shí)不能隨意改寫E2PROM：允許改寫100～10000次方法：利用隧道效應(yīng)，采用具有兩個(gè)柵極的特制NMOS管和一個(gè)普通NMOS管擦除方式：加電特點(diǎn)：擦除操作簡(jiǎn)單，速度快，正常工作時(shí)最好不要隨意改寫FlashMemory:快閃存儲(chǔ)器方法：采用特殊的單管疊柵MOS管，寫入用雪崩注入，擦除利用隧道效應(yīng)擦除方式：加電特點(diǎn)：擦除操作簡(jiǎn)單，集成度高，容量大例1用一個(gè)ROM實(shí)現(xiàn)如下函數(shù)，并畫出其結(jié)點(diǎn)圖將函數(shù)寫成最小項(xiàng)之和的形式確定地址和輸出輸入變量為A、B、C、D，地址為4位；函數(shù)F1、F2，輸出為2個(gè)，應(yīng)選用24×2的ROMROM的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)，代碼轉(zhuǎn)換，字符發(fā)生器，數(shù)學(xué)函數(shù)表，實(shí)現(xiàn)時(shí)序電路中組合邏輯部分ROM也可按RAM的級(jí)聯(lián)方式擴(kuò)展畫結(jié)點(diǎn)圖DCW1W2W3F1F2D’2D’1W4W7W9W10W5W6W8W11W12W14W15W13BAW0例2用一個(gè)ROM實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制碼到格雷碼的轉(zhuǎn)換

確定地址和輸出輸入變量為B3、B2、B1、B0，地址為4位；函數(shù)R0、R1、R2、R3，輸出為4個(gè)，應(yīng)選用24×4的ROM畫結(jié)點(diǎn)圖B0B1W1W2W3R1R2D’1D’2W4W7W9W10W5W6W8W11W12W14W15W13B2B3W0R3R0D’3D’47.3隨機(jī)存取存儲(chǔ)器在使用RAM時(shí)可以隨時(shí)從任一指定地址取出（讀出）數(shù)據(jù)，也可以隨時(shí)將數(shù)據(jù)存入（寫入）任何指定地址的存儲(chǔ)單元中去。優(yōu)點(diǎn)：讀寫方便，使用靈活。缺點(diǎn)：存在易失性，一旦斷電所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)便會(huì)丟失，不利于數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存。按存儲(chǔ)單元的特性分為：SRAM：靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM：動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器

SRAM的結(jié)構(gòu)框圖7.3.1SRAM的結(jié)構(gòu)及工作原理RAM電路通常由存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼器和讀/寫控制電路三部分組成，見圖1。存儲(chǔ)矩陣：在譯碼器和讀/寫控制電路的控制下既可以寫入1或0，又可以將所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀出。存儲(chǔ)矩陣中的單元個(gè)數(shù)即存儲(chǔ)容量地址譯碼器：將輸入的地址代碼譯成某一條字線的輸出信號(hào)，使連接在這條字線上的存儲(chǔ)單元或讀/寫控制電路接通，然后才能對(duì)這些單元進(jìn)行讀或?qū)憽Ｗx/寫控制電路：對(duì)電路的工作狀態(tài)進(jìn)行控制片選輸入端CS，讀/寫控制，輸出緩沖電路=1，執(zhí)行讀操作，將存儲(chǔ)單元里的內(nèi)容送到輸入/輸出端上；=0，執(zhí)行寫操作，輸入/輸出線上的數(shù)據(jù)被寫入存儲(chǔ)器；CS=1時(shí)RAM的輸入/輸出端與外部總線接通；CS=0時(shí)RAM的輸入/輸出端呈高阻態(tài)，不能與總線交換數(shù)據(jù)；2114的結(jié)構(gòu)框圖

X0

A3行地址譯碼器存儲(chǔ)矩陣6464輸入/輸出電路列地址譯碼器

X63

Y0

Y15

A4

A5

A6

A7

A8

A1

A2

A9I/O1I/O2I/O3I/O4

A0

G2

G1

G3

G4

G5

G6

G7

G8

G10

G9共有1024×4=4096個(gè)存儲(chǔ)單元，排成64×64矩陣。1024（=210），共有10個(gè)地址輸入端A0～A9。

分成兩組譯碼I/O1～I(xiàn)/O4既是數(shù)據(jù)輸入端也是數(shù)據(jù)輸出端=1時(shí)，門G1～G8禁止，將存儲(chǔ)器內(nèi)部電路與外部連線隔離，可以直接把I/O1～I(xiàn)/O4與系統(tǒng)總線相連使用。=0，=0，G1～G4工作，G5～G8禁止，加到I/O1～I(xiàn)/O4上的數(shù)據(jù)被寫入指定的四個(gè)存儲(chǔ)單元。=1，=0時(shí)，門G9輸出高電平，使緩沖器G5～G8工作，門G10輸出低電平，使G1～G4禁止，這時(shí)由地址碼指定的四個(gè)存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)被送到I/O1～I(xiàn)/O4，實(shí)現(xiàn)讀操作。

SRAM的典型存儲(chǔ)單元：

六管NMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元六管CMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元特點(diǎn)：數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠無(wú)需刷新讀寫速度快工藝復(fù)雜集成度低7.3.2動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAM單管動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)單元典型存儲(chǔ)單元:特點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單集成度高讀出信號(hào)小需刷新DRAM電路總體結(jié)構(gòu)：1位輸入1位輸出地址分時(shí)輸入7.4RAM的擴(kuò)展當(dāng)使用一片RAM器件不能滿足存儲(chǔ)量的需要時(shí)，可以將若干片RAM組合到一起，接成一個(gè)容量更大的RAM。位擴(kuò)展方式:輸入全部并接，輸出分別接出如果每一片RAM中的字?jǐn)?shù)已夠用而每個(gè)字的位數(shù)不夠用時(shí)，應(yīng)采用位擴(kuò)展的連接方式，將多片RAM組合成位數(shù)更多的存儲(chǔ)器。例1用1024×1位RAM接成1024×8位RAM。字?jǐn)U展方式:輸入低位和并接，輸出全部并接,輸入高位通過(guò)譯碼控制片選如果每一片RAM中的位數(shù)已夠用而字?jǐn)?shù)不夠用時(shí)，應(yīng)采用字?jǐn)U展方式（也稱地址擴(kuò)展方式）。例2.用四片256×8位RAM接成一個(gè)10